0　前言

　　我國(guó)目前已是一個(gè)制造大國(guó)，而且隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展.世界先進(jìn)制造技術(shù)的不斷成熟，對(duì)數(shù)控加工技術(shù)要求也越來越商，而作為數(shù)控機(jī)床的重要組成部分的控制電機(jī)及其伺服馭動(dòng)系統(tǒng)在其中扮演了三要角色。

　　伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是數(shù)控系統(tǒng)和機(jī)床的電氣聯(lián)接，它根據(jù)效控系統(tǒng)發(fā)出的控制信號(hào)對(duì)機(jī)床移動(dòng)部件的位置和速度進(jìn)行控制。從結(jié)構(gòu)上主要由伺服電動(dòng)機(jī)、撇動(dòng)控制系統(tǒng)和位皿檢側(cè)裝皿構(gòu)成。伺服電機(jī)有步進(jìn)電動(dòng)機(jī)、直流何服電動(dòng)機(jī)和交流伺服電動(dòng)機(jī)。

1　控拐電機(jī)及其伺服奧動(dòng)系統(tǒng)

　　1.1　控制電機(jī)及開環(huán)伺服馭動(dòng)系統(tǒng)

　　開環(huán)何服系統(tǒng)執(zhí)行尤件為步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，它具有頂，起動(dòng)、制動(dòng)、快速定位、但有電刷、需要維護(hù)等特點(diǎn)。其作用將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換為機(jī)械角位移。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)可分為由阻式(即反應(yīng)式)和永磁式兩大類。另有一種混合式又稱感應(yīng)子式的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)從控制的竟度看與永磁式區(qū)別不大。最常使用的三相繞組步進(jìn)電動(dòng)機(jī).三相繞組形成6個(gè)磁極.轉(zhuǎn)子由軟進(jìn)材料側(cè)成，上有d個(gè)齒。當(dāng)A扣繞組通電，而S,G相繞組均不通電時(shí)，由于磁通力圖走磁組最小路徑，使磁路盛阻最小，因此產(chǎn)生磁阻轉(zhuǎn)矩使齒1、3的軸線與定子^相邀極對(duì)齊。在下一時(shí)刻給R相通電，斷開A相供電將使轉(zhuǎn)子齒2、4的軸線與B相磁極對(duì)齊，如按A-S--C---A…的順序使三個(gè)繞組輪流通電將使得轉(zhuǎn)子逆時(shí)針方向連續(xù)臉轉(zhuǎn)。其控制電路分別由脈沖說食電路、加減脈沖分配電路、加減速電路、環(huán)形分配器、功率放大器組成。

　　開環(huán)伺服系統(tǒng)工作原理而言:進(jìn)給脈沖經(jīng)過脈沖混合電路將脈沖進(jìn)給、手動(dòng)進(jìn)給、手動(dòng)回原點(diǎn)、誤差補(bǔ)償?shù)然旌蠟檎蚧蜇?fù)向脈沖進(jìn)給信號(hào)，由加減脈沖分配電路將同時(shí)存在正向或負(fù)向脈沖合成為單一方向的進(jìn)給脈沖，浪脈沖經(jīng)加減速電璐將單一方向的進(jìn)給脈沖闊橄為符合步進(jìn)電機(jī)加減速特性的脈沖，然后由環(huán)形分配器，按步進(jìn)電機(jī)的通電方式進(jìn)行脈沖分配，再由功率放大器將此號(hào)將一定頻串f,數(shù)量N和方向的進(jìn)給脈沖轉(zhuǎn)換為控制步進(jìn)電機(jī)定子各相繞阻通斷電狀態(tài)變化的顴率、次致和順序的功率信號(hào)。從而實(shí)現(xiàn)對(duì)工作臺(tái)的位移、速度和運(yùn)動(dòng)方向的控制。進(jìn)給脈沖個(gè)數(shù)、進(jìn)給脈沖粗率、定子繞阻遴電順序改變分別決定了工作臺(tái)位移、工作臺(tái)進(jìn)給速度和工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)方向。

　　1.2 應(yīng)用

　　步進(jìn)式伺服裂動(dòng)系統(tǒng)適用于加工精度要求不高經(jīng)濟(jì)皿的數(shù)控機(jī)床和老設(shè)備的改造中。提高伺眼酮?jiǎng)酉到y(tǒng)的精度，可采取以下措施。

　　1.2.1 采用電氣細(xì)分電跳

　　把步進(jìn)電機(jī)的一步分得再細(xì)一些，減小脈沖當(dāng)t

　　1.2.2 齒隙補(bǔ)償(反向間原補(bǔ)償)

　　機(jī)械傳動(dòng)鏈在改變方向時(shí)，由于間晾的存在，會(huì)引起步進(jìn)電機(jī)的空走;對(duì)實(shí)際間隙進(jìn)行實(shí)測(cè)并保存，當(dāng)工作臺(tái)換向時(shí)增加軸出脈沖進(jìn)行補(bǔ)償。

　　1.2.3 螺距誤差補(bǔ)償

　　絲柱級(jí)距存在一定的誤差，直接影響工作臺(tái)的位里精皮。可以采取實(shí)側(cè)絲杠全行程誤差分布曲線.在相應(yīng)位丘時(shí)根據(jù)誤差分布進(jìn)行補(bǔ)償。

　　1.3 控制電機(jī)及閉環(huán)何服妞動(dòng)系統(tǒng)

　　閉環(huán)伺服那動(dòng)系統(tǒng)由執(zhí)行元件、驅(qū)動(dòng)控制單元、機(jī)床，以及反饋檢側(cè)單元、比較控制環(huán)節(jié)組成。T作臺(tái)的實(shí)際位瓜經(jīng)槍側(cè)單元掩側(cè)后在比較控制環(huán)節(jié)和指令渭號(hào)進(jìn)行比較，兩者的差值為伺服系統(tǒng)的跟隨誤差，經(jīng)呢動(dòng)控制單元，馳動(dòng)和控制執(zhí)行元件帶動(dòng)工作臺(tái)精確運(yùn)動(dòng)。以下對(duì)閉環(huán)何服系統(tǒng)執(zhí)行元件直流伺服電機(jī)和交流伺服電機(jī)做對(duì)比和分析。

　　1.3.1 直流伺服電機(jī)

　　直流伺服電機(jī)具有良好的啟動(dòng)、制動(dòng)和調(diào)速特性，可以在大范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)平漪無極潤(rùn)速。尤姨是大悅臉寬調(diào)速的直流伺服電機(jī)得到廣泛應(yīng)用。它分為電滋磁和永久磁鐵激滋，永磁式伺服電機(jī)為數(shù)控機(jī)床廣泛采用。

　　永傲式伺服電機(jī)山機(jī)殼、定子磁極和轉(zhuǎn)子電樞組成。定子磁極是個(gè)永久磁體、具有較好的勝性能德定性，可以產(chǎn)生極大的峰值轉(zhuǎn)矩。其了作原理與普通直疏電機(jī)相同。只是水久磁鐵代稗件通電機(jī)的徽徽鏡組和隴極鐵心，在電機(jī)氣原中建立主磁通，產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)和電磁轉(zhuǎn)矩。

　　直筑伺服電機(jī)調(diào)速的可采取調(diào)錐電樞電壓，改變電樞回路電阻或改變氣破勝通盆。日前使用最廣泛的方法是晶體管脈寬潤(rùn)側(cè)器一直流電機(jī)調(diào)速度(PWM-M)。具體方法是利用大功率晶體管的開關(guān)作用甲將直流電壓轉(zhuǎn)換成一定報(bào)率的方波電壓.加到直流電機(jī)的電樞上。通過對(duì)方波脈沖寬度的控側(cè)，改變電樞的平均電壓，從而調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速。

　　1.3.2 交流伺服電動(dòng)機(jī)

　　交流伺服電動(dòng)機(jī)由定子和轉(zhuǎn)子構(gòu)成。定子上有幼磁繞組和控剎繞組，這兩個(gè)繞組在空間相差的。電角度。若在兩相繞組上加以幅值相等、相位差90°電角度的對(duì)稱電壓，則在電機(jī)的氣瞇中產(chǎn)生閱形的旋轉(zhuǎn)班場(chǎng)。其控制方式有三種:幅值控制、相位控制和幅值相位混合控制。交流伺服電機(jī)是無刷結(jié)構(gòu)，堅(jiān)固耐用，體積較小，重量較輕，役有盛流子機(jī)械換向，所以遠(yuǎn)比直流何服電機(jī)倪于維護(hù)。有利于轉(zhuǎn)速和功率的提高。但速度的控制方法比直流伺服電機(jī)要復(fù)雜的多，對(duì)控制元件的容量及速度的哭求也很高。分為異步和同步伺服電機(jī)。

　　異步型交流伺服電動(dòng)機(jī)用IM表示指的是交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)。它有三相和單相之分.也有鼠籠式和線繞式，通常多用鼠籠式三相感應(yīng)電動(dòng)。其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，與I}容量的直流電動(dòng)機(jī)相比，質(zhì)且輕1/2,價(jià)格僅為直流電動(dòng)機(jī)的1/3.缺點(diǎn)是不能經(jīng)濟(jì)地實(shí)硯范圈很廣的平清調(diào)速，必須從電網(wǎng)吸收浦后的勵(lì)磁電流。因而令電網(wǎng)功率因數(shù)變壞。

　　同步型交流伺服電動(dòng)機(jī)同步型交流伺服電動(dòng)機(jī)雖較感應(yīng)電動(dòng)機(jī)復(fù)雜甲但比直流電動(dòng)機(jī)簡(jiǎn)單。它的定子與感應(yīng)電動(dòng)機(jī)一樣，都在定子上裝有對(duì)稱二栩繞組。而轉(zhuǎn)子卻不同，按不同的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)又分電磁式及非電磁式兩大類。非電磁式又分為璐滯式、永磁式和反應(yīng)式多種。其中磁帶式和反應(yīng)式同步電動(dòng)機(jī)存在效率低.功串因數(shù)較差、制造容量不大等缺點(diǎn)。

　　數(shù)控機(jī)床中多用永進(jìn)式同步電動(dòng)機(jī)。水磁式優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行可舉、效率較高;缺點(diǎn)是體積大、啟動(dòng)特性欠佳。由于采用了水盛鐵勵(lì)截。消除了勵(lì)進(jìn)損耗及有關(guān)的雜故損耗.所以效率高。又因?yàn)闆]有集電環(huán)和電城.共機(jī)械可那性與感應(yīng)〔異步〕電動(dòng)機(jī)柑同，而功率因數(shù)卻大大高于異步電動(dòng)機(jī)，從而使永磁同步電動(dòng)機(jī)的體積比異步電動(dòng)機(jī)小些。

　　由以上分析可見，交漣伺服電機(jī)璐動(dòng)系統(tǒng)克服了盆流騾動(dòng)系統(tǒng)中電機(jī)電刷和整流子要經(jīng)常維修、電機(jī)尺寸較大和使用環(huán)境受限制等缺點(diǎn)。它能在較寬的調(diào)速范圍內(nèi)產(chǎn)生理想的轉(zhuǎn)矩，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單.運(yùn)行可賽。用于數(shù)控機(jī)床等進(jìn)給馭動(dòng)系統(tǒng)為精密位置控制。是當(dāng)前機(jī)床進(jìn)給駐動(dòng)系統(tǒng)方面的一個(gè)新動(dòng)向。

　　1.4 應(yīng)用

　　由直流伺服電機(jī)和交流伺服電機(jī)組成的閉環(huán)伺服控翻系統(tǒng)其有工作可靠、抗于擾性強(qiáng)、精度高等優(yōu)勢(shì)，通常應(yīng)用在加工栩度要求較南的致控機(jī)床中。與開環(huán)控制系統(tǒng)相比較增加了位置檢測(cè)、反饋、比較等環(huán)節(jié)，故結(jié)構(gòu)復(fù)雜，而且各個(gè)環(huán)節(jié)都包含在反饋回路中，故機(jī)械摩擦特性、剛度、間隙都直接影響伺服系統(tǒng)的參數(shù)調(diào)試。

2 結(jié)語(yǔ)

　　控制電機(jī)及其伺服控制系統(tǒng)在數(shù)控加工巾滿足了不同零件的加工需求。另外，在控制方式上采用混合控制的方式，即開環(huán)補(bǔ)償型和半閉環(huán)補(bǔ)償型，可以有效地集中了開環(huán)和閉環(huán)的特點(diǎn)，滿足某些機(jī)床的控制要求。隨著現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)的發(fā)展.對(duì)控制電機(jī)及其伺服驅(qū)動(dòng)要求也越來越高，控制電機(jī)的優(yōu)化研究和數(shù)字化伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)已成為發(fā)展趨勢(shì)。